我国铬铁矿氧化球团生产工艺的发展探讨

张树辉 罗立章 苏华伟 张 平

（中信重工工程技术有限责任公司）

0 引言

在冶金工业中，铬铁矿是冶炼铬铁合金的主要原料。铬铁合金主要用于炼钢过程中的合金化，可增加钢的硬度、韧性、延展性、耐热性、耐磨性和防腐性，从而生产出多种高强度、抗腐蚀、耐磨、耐高温、耐氧化的特种钢；而且金属铬还可用于与钴、镍、钨等元素冶炼特种合金。这些特种钢和特种合金是航空、宇航、汽车、造船，以及国防工业生产枪炮、导弹、火箭、舰艇等不可缺少的材料。

目前，冶炼铬铁合金的主要原料是铬块矿和铬粉矿。由于在冶炼过程中对炉料透气性的要求，通常铬块矿更适合冶炼[1]。但随着当代铬铁合金工业对资源的大量需求，适合直接入炉的铬块矿越来越少，价格也越来越高。与此同时，铬粉矿的产出量越来越高。目前，世界上每年开采的铬矿中，块矿仅占20%，粉矿约占80%。在冶炼方面，与铬块矿相比，铬粉矿容易导致矿热炉透气性变差，不能直接入炉，但在其他方面有更优于铬块矿的特点，如品位高、价格低等。因此，铬粉矿造块是解决粉矿应用的一条有效途径。

目前，世界上铬矿粉造块方法主要有压块法、烧结法和球团法[2]。其中，球团法又分为蒸压球团法、预热预还原球团法、焙烧预热球团法和焙烧球团法[3]。蒸压球团法，即瑞典皇家工学院开发的COBO法，是在高压釜内进行蒸汽养生得到成品球团；预热预还原球团法包括日本昭和电工公司的SRC法以及加拿大国际金属回收公司的DRC法，分别采用回转窑和旋转床还原炉进行还原，产品均为预还原球团矿；焙烧预热球团法，即芬兰奥图泰公司开发的SBSTM球团技术，采用带式焙烧机进行氧化焙烧，产品为氧化球团；焙烧球团法是采用链箅机—回转窑进行氧化焙烧，产品为氧化球团矿。此外，奥图泰在1990年以前曾采用竖炉生产氧化球团，我国一些地区目前也采用竖炉生产氧化球团。

1 我国氧化球团的生产工艺及特点

与其他造块产品相比，氧化球团矿具有以下优点：（1）粒度小而均匀，有助于改善炉料透气性和气流的均匀分布；（2）强度高，在运输、贮存和装卸时产生粉末少；（3）冶金性能好、堆积密度大，有利于提高产量和降低电耗；（4）还原性好，有利于改善电炉化学能的利用。

与普通铁矿氧化球团相同，目前世界上生产铬铁矿氧化球团的工艺方法主要有三种，即：竖炉法、链箅机—回转窑法和带式焙烧机法[4]。三种工艺各有特点，具体情况见表1。

表1 我国氧化球团的生产工艺方法对比

竖炉法具有设备简单、操作维护方便、投资少等优点，但由于单炉能力小，对原料适应性差，质量不能满足大型化要求。因此，只有在原料条件合适，规模较小的情况下竖炉法才有一定的优越性。对于普通铁矿氧化球团，我国正在逐步淘汰竖炉法；对于铬铁矿氧化球团，我国内蒙古等地区仍在使用竖炉法。

链箅机-回转窑法是一种联合机组生产球团矿的方法。它的主要特点是生球的干燥预热、预热球的焙烧固结、焙烧球的冷却分别在3台不同的设备中进行。链箅机—回转窑法对原料适应性强，对燃料要求不严格，产品质量高；缺点是设备环节较多，回转窑易结圈。对于普通铁矿氧化球团，自2000年我国成功自主开发应用链箅机—回转窑法生产氧化球团以来，该技术在扩大生产规模、提高产品质量、降低消耗、节约能源、保护环境等多方面显示出了强大的发展潜力。据不完全统计，我国已累计建成链箅机—回转窑法氧化球团生产线150余条。对于铬铁矿氧化球团，日本早已采用链箅机-回转窑法进行生产，但我国尚未采用该法进行生产。

带式焙烧机法的整个工艺过程（干燥、预热、焙烧、冷却）都在一台设备上完成，具有工艺过程简单、布置紧凑、所需设备吨位轻等特点，由于热系统的合理设置和管路短，带式焙烧机的热耗可以达到最低水平；缺点是必须使用高热值煤气或重油作燃料，耐高温特殊合金钢的用量大、档次高，对原料的稳定性要求高。对于普通铁矿氧化球团，目前国内采用带式焙烧机的仅有少数几条生产线，分别是1989年鞍钢投产使用的321.6 m2带式焙烧机，2010年京唐钢铁公司投产使用的504 m2带式焙烧机，2015年包钢投产使用的624 m2带式焙烧机，还有几条带式焙烧机生产线正在建设中。对于铬铁矿氧化球团，目前国内采用带式焙烧机的仅有两条生产线，分别是2013年明拓铬业科技有限公司投产使用的年产70万吨铬铁矿氧化球团生产线和2014年山西太钢万邦炉料有限公司投产使用的年产70万吨铬铁矿氧化球团生产线。这些带式焙烧机生产线的核心技术均是从芬兰奥图泰公司引进的[5-8]。

综上所述，我国生产铬铁矿氧化球团的工艺方法中，竖炉法将逐步被淘汰；带式焙烧机法尚未实现国产化，引进成本较高；链箅机—回转窑法虽然尚未得到应用，但其作为最适合我国国情的氧化球团生产工艺，完全可以借鉴应用到铬铁矿氧化球团的生产，是我国铬铁矿氧化球团生产的重要发展方向。

2 链篦机—回转窑法生产铬铁矿氧化球团的工艺流程及特点

2.1 工艺流程

根据铬铁矿自身的特性，笔者提出了适于铬铁矿氧化球团的链篦机—回转窑法生产工艺流程，如图1所示。

该工艺流程主要包括原料预配料、原料干燥、高压辊磨、配料、强力混合、造球、生球筛分及布料、生球干燥及预热、氧化焙烧、冷却、成品球团矿输出、烟气处理与粉尘回收等。先将两种及两种以上的铬铁矿进行预配料得到混合矿，再将混合矿干燥至水分小于1.5%；对混合矿采用高压辊磨处理后，与膨润土、除尘灰进行精确配料；配好的物料采用强力混合机进行混匀；混合料在造球室通过圆盘造球机造球；生球经筛分后均匀布到链篦机篦床上，在篦床上被来自环冷机和回转窑的热风干燥、预热，球团的抗压强度达到回转窑焙烧的要求；最后在回转窑内焙烧、在环冷机内冷却，得到成品铬铁矿氧化球团，送往矿热炉系统。

2.2 特点

2.2.1 预配料系统

图1 铬铁矿氧化球团的推荐工艺流程

目前，我国采购的铬铁矿主要来自南非、土耳其、印度等国，不同产地的铬铁矿化学成分差异较大，采用单一矿种得到的产品难以满足后续矿热炉冶炼的要求，需要对铬铁矿原料进行预配料。预配料得到的混合矿一般要求Cr2O3含量不低于40%，在满足矿热炉冶炼对铬铁比Cr/Fe要求的情况下，可适当降低混合矿的铬铁比，建议Cr/Fe低于1.7，可有效降低铬铁矿的焙烧难度。据相关研究[9]表明，随着Cr/Fe比的降低，铬铁矿氧化难度降低，铬铁矿球团固结能力提高，预热球和焙烧球的强度不断提高。

2.2.2 高压辊磨系统

用于铬铁矿造块的原料为铬铁粉矿或精矿，其粒度组成和比表面积无法满足造球的要求，因此必须对原料进行磨矿预处理。奥图泰公司开发的SBSTM球团技术采用湿式球磨机进行磨矿，磨细的矿浆用陶瓷过滤机进行过滤，分离出的污水进入污水处理系统处理后循环使用，工序较为复杂，成本较高，且容易造成铬污染。杜洪缙等人[10]通过对比研究高压辊磨与球磨预处理，发现高压辊磨的处理效果明显优于球磨。高压辊磨已广泛应用于国内大中型铁矿球团厂，并取得了良好效果。对于铬铁矿球团制备，采用高压辊磨处理还可以避免湿式磨矿造成的铬污染问题。鉴于以上原因，推荐采用高压辊磨进行磨矿处理，因为它具有工序简单、能耗低、成本低、环境友好等优点。

2.2.3 焙烧系统

本流程采用链篦机、回转窑和环冷机对铬铁矿球团进行干燥预热、焙烧和冷却。铬铁矿中的主要矿物为铬尖晶石，其熔点较高，难以生成低熔点液相，造块所需的焙烧温度较高。本流程通过合理配矿优化混合矿的组成，可降低铬铁矿的氧化难度，增强铬铁矿球团的固结能力；同时采用高压辊磨对铬铁矿进行磨矿处理，提高了铬铁矿的反应活性，极大改善了物料的焙烧性能。不同于奥图泰SBSTM球团技术，链篦机—回转窑球团技术在国内已经相当成熟，可以快速推广到铬铁矿球团的生产制备中。

3 结语

通过对铬铁矿氧化球团的生产工艺进行综合对比，认为链箅机—回转窑法具有独特的优势，是我国铬铁矿氧化球团生产的重要发展方向。由于铬铁矿造块难度大，该工艺在推广的过程中还需攻克一些难题，需要从事铬铁矿造块的技术人员加强技术交流，针对铬铁矿的特性，借鉴普通铁矿氧化球团的成熟技术和成功经验，使链箅机-回转窑法生产铬铁矿氧化球团早日得到推广应用，为我国铬铁矿造块技术的进步作出应有的贡献。